На правах рукописи РЫЖКОВА Светлана Олеговна ТИПЫ РУД И ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ

На правах рукописи
РЫЖКОВА Светлана Олеговна
ТИПЫ РУД И ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ
БУРУКТАЛЬСКОГО НИКЕЛЕВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
(ЮЖНЫЙ УРАЛ)
Специальность 25.00.11 – Геология, поиски и разведка твердых
полезных ископаемых, минерагения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург
2010
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования Санкт-Петербургском
государственном
горном
институте
имени Г.В. Плеханова
(техническом университете)».
Научный руководитель –
доктор геолого-минералогических наук, профессор
Лазаренков Вадим Григорьевич
Официальные оппоненты:
доктор геолого-минералогических наук, профессор
Кривовичев Владимир Герасимович
кандидат геолого-минералогических наук
Казак Анатолий Профирьевич
Ведущее предприятие – Институт геологии КарНЦ РАН.
Защита диссертации состоится 23 июня в 16 ч. на заседании
диссертационного совета Д 212.224.01 в Санкт-Петербургском
государственном
горном
институте
имени Г.В. Плеханова
(техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я
линия, д. 2, ауд. 4312.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СанктПетербургского государственного горного института.
Автореферат разослан 21 мая 2010г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
канд.геол.-минерал.наук
И.Г. Кирьякова
Общая характеристика работы
Актуальность темы.
Буруктальское никелевое месторождение обладает значительными
запасами никеля (1377 тыс. т никеля, [Михайлов, 2003]), расположено в
Оренбургской области и является основной ресурсной базой для ЮжноУральского никелевого комбината. Контуры рудных тел в коре
выветривания выделяются на основании данных химических анализов в
соответствии с требованиями кондиций.
Изучению особенностей геологического строения, минерального
состава пород и руд Буруктальского месторождения посвящены работы
И.П. Лосева, Е.И. Устинова, И.И. Эдельштейна, К.К. Никитина,
А.С. Варлакова, В.М. Григорьевой, Г.М. Шешуковой, А.С. Вершинина,
Б.М. Михайлова, В.Г. Лазаренкова, И.В. Таловиной и других
исследователей. Однако, вопросы, связанные с выделением и
типизацией природных типов руд Буруктальского месторождения
практически
не
рассматривались,
используется
устаревшая
классификация типов руд. Выделение природных разновидностей руд,
разработка классификации, а также уточнение особенностей
формирования месторождения актуально для геометризации рудных
тел, разработки рационального комплекса опробования, обоснования
поисковых и разведочных работ на Буруктальском месторождении, что
необходимо для обеспечения стабильной сырьевой базы ЮжноУральского никелевого комбината.
Целью работы является выделение природных типов руд
Буруктальского месторождения для рациональной разработки
месторождения, повышения полноты извлечения запасов полезного
ископаемого и расширения перспектив его освоения.
Задачи исследований:
- уточнить минеральный состав руд Буруктальского месторождения
с использованием комплекса аналитических методов, включающих
рентгеноструктурный, микрорентгеноспектральный и термический
анализы;
- выделить природные типы руд Буруктальского месторождения на
основе их минерального состава, текстурно-структурных особенностей
и условий залегания;
- охарактеризовать геохимические особенности природных типов
руд Буруктальского месторождения на основе анализа содержаний
широкого комплекса химических элементов;
3
- на основе проведенного комплекса исследований уточнить
особенности формирования Буруктальского месторождения.
Фактический материал и методы исследования. В основу работы
положен материал 120 проб пород и руд, собранный автором в 2006 2008 годах на Буруктальском месторождении, а также 50 проб пород
Буруктальского месторождения из коллекции В.Г. Лазаренкова и
И.В. Таловиной. Экспериментальные исследования проводились в
лабораториях Горного института, ВСЕГЕИ, СПбГУ, РИАН, АО
«Механобр-Аналит». Изучено около 40 прозрачных шлифов методами
оптической
микроскопии.
Для
67
образцов
выполнен
рентгеноструктурный анализ (АО «Механобр-Аналит», рентгеновский
порошковый дифрактометр Geigerflex-D/max (Rigaku); СПГГИ (ТУ),
рентгеновский порошковый дифрактометр XRD-6000; СПбГУ,
ВСЕГЕИ, рентгеновский дифрактометр ДРОН-6). Для 32 образцов
выполнен микрорентгеноспектральный анализ (РИАН, растровый
электронный микроскоп CAMSCAN-4DV с полупроводниковым
спектрометром AN-10000). Термический анализ выполнен для 36
образцов (СПГГИ (ТУ), термическая установка фирмы NETZSCH: STA
429C). Химические анализы выполнены: для 30 проб руд (СПГГИ (ТУ),
АО «Механобр-Аналит», атомно-абсорбционный метод) и для 7
объединенных проб основных разновидностей пород и руд по 60
образцам (ВСЕГЕИ, метод масс - спектрометрии с индуктивносвязанной плазмой на приборе «Элан-6100 DRC» после разложения
проб сплавлением с метаборатом лития; метод атомно-эмиссионной
спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе «Оптима4300 DV»).
Научная новизна:
1) уточнён минеральный состав руд Буруктальского месторождения
с применением современных методов исследования; впервые выявлены
и охарактеризованы на Буруктальском месторождении следующие
рудные минералы: никелевый лизардит 1Т; никелевый клинохлор IIb,
кобальт-никель-марганцевый клинохлор IIb, никелевый шамозит,
никелевый пеннантит;
2) выделены природные типы руд Буруктальского месторождения и
приведено их описание; кварц-магнетитовые руды, хлоритовые и
оксидно-марганцевые руды в качестве самостоятельных типов руд нами
выделены и изучены впервые;
4
3) получена характеристика геохимических особенностей
природных типов руд Буруктальского месторождения по широкому
комплексу химических элементов.
Защищаемые положения:
1. Выделенные по минеральному составу, структурно-текстурным
особенностям и условиям залегания лизардитовые, нонтронитовые,
кварц-магнетитовые, кварц-гётитовые, хлоритовые и оксидномарганцевые руды Буруктальского месторождения целесообразно
рассматривать в качестве природных типов никелевых руд и учитывать
при технологическом картировании в процессе проведения
геологоразведочных работ.
2.
Выделенные
природные
типы
руд
Буруктальского
месторождения отличаются друг от друга не только по содержаниям
основных петрогенных оксидов но и дополнительных элементовиндикаторов (Ti, Sn, Mo, Sb, Pb, Ba, S, Be, As, U, Ce, Ni, Cu, Cs,
редкоземельные элементы).
3. Наложение на ультрамафиты контактово-метасоматических
процессов, связанных с гранитными интрузиями, следует считать
важным фактором формирования специфичного для Буруктальского
месторождения хлоритового типа богатых никелевых руд.
Практическая значимость. Обосновано, что выделенные по
минеральному
составу,
структурно-текстурным
особенностям,
условиям залегания и содержанию рудных и других элементов
лизардитовые, нонтронитовые, кварц-магнетитовые, кварц-гётитовые,
хлоритовые и оксидно-марганцевые руды следует рассматривать в
качестве природных типов руд и разделять в процессе разведки и
рудоподготовки, что может существенно влиять на технологию
переработки руд месторождения. Выделенные типы руд также могут
быть применены для обоснования технологии переработки и
использования некондиционных и бедных руд месторождений
никелевых кор выветривания.
Личный вклад соискателя: постановка цели, задач исследования,
разработка методики исследования, проведение геологических
исследований в карьерах Буруктальского месторождения и отбор
образцов и проб; обобщение и интерпретация аналитических данных,
формулировка основных выводов работы.
Достоверность
защищаемых
положений,
выводов
подтверждается
геологическими
исследованиями
в
карьерах
месторождения, детальными петрографическими наблюдениями,
5
представительностью
и
надежностью
исходных
данных,
непротиворечивостью геологических данных, а также результатами
аналитических исследований, полученными с использованием
современных методов изучения вещества, анализом результатов
предыдущих исследований по тематике работы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной
работы
обсуждались
на
заседаниях
кафедр
минералогии,
кристаллографии и петрографии, геологии месторождений полезных
ископаемых
Санкт-Петербургского
государственного
горного
института 2006-2010 г.г. Отдельные результаты исследований
докладывались и получили положительную оценку на научных
конференциях: «Фёдоровская сессия – 2006» (Санкт-Петербург, 2006),
XII Чтения памяти А.Н. Заварицкого «Офиолиты: геология, петрология,
металлогения и геодинамика» (Екатеринбург, 2006), Годичная сессия
Московского Отделения РМО, посвященная 110-летию со дня
рождения академика А.Г. Бетехтина «Роль минералогии в познании
процессов рудообразования» (Москва, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 6
работ в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.
Реализация работы: результаты исследований используются
ОАО «Комбинат Южуралникель» при разработке
III участка
Буруктальского месторождения, а также могут применяться в
организациях, проводящих геологическое изучение никелевых кор
выветривания Урала и в учебных курсах вузов для студентов
геологических профессий.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех
глав, заключения, и содержит 168 страниц, включая 81 рисунок, 31
таблицу. Список использованных источников содержит 85
наименований. Во введении определены цель и задачи исследования. В
первой главе дается описание Буруктальского массива и одноименного
никелевого месторождения. Во второй главе содержится классификация
природных типов руд Буруктальского месторождения и описание их
главных типов на базе современных минералогических исследований.
Третья глава посвящена геохимической характеристике основных
разновидностей природных типов руд. В заключении приведены
главные результаты работы.
Диссертационная работа выполнена под руководством доктора
геолого-минералогических
наук,
профессора
В.Г. Лазаренкова,
которому автор выражает глубокую признательность. Особую
6
благодарность автор выражает сотрудникам ОАО «Комбинат
Южуралникель» В.П. Холодову, А.Б. Королькову, А.С. Лисину,
Н.И. Прокопенко за помощь в сборе диссертационных материалов и
коллекции образцов. Автор благодарит директора Научнообразовательного
центра
Горного
института
профессора
М.А. Пашкевич за содействие в проведении исследований.
Краткая геологическая характеристика Буруктальского
никелевого месторождения
Материнскими породами и источником никеля и кобальта при
образовании Буруктальского месторождения кобальт-никелевых руд
послужили ультрамафиты Буруктальского офиолитового массива.
Массив находится в южной части Зауральского поднятия в зоне
Джетыгаринского регионального разлома и по А.С. Варлакову (1978)
относится к Буруктальской группе ультрамафитовых массивов,
расположенных в пределах одноименного синклинория (рис. 1). В
центре Буруктальского синклинория, занимая большую его часть,
располагается Колумбайская габбро-диоритовая и Коскольская
гранитоидная
интрузии
нижнекаменноугольного
возраста.
Значительным распространением на месторождении пользуются дайки
габбро, диабазовых порфиритов, диоритов и гранитных пегматитов
[Эдельштейн, 1968]. В развитой на месторождении площадной и
линейно-трещинной коре выветривания широко развит серпентинохристый сокращенный профиль, который не везде имеет одинаковое
строение. По данным химического опробования на месторождении
выделяют два технологических типа никелевых руд – железистый
(Fe2O3>20 %) и магнезиальный (< 20 % Fe2O3).
Защищаемые положения и их обоснование
1. Выделенные по минеральному составу, структурнотекстурным особенностям и условиям залегания лизардитовые,
нонтронитовые,
кварц-магнетитовые,
кварц-гётитовые,
хлоритовые и оксидно-марганцевые руды Буруктальского
месторождения
целесообразно
рассматривать
в
качестве
природных
типов
никелевых
руд
и
учитывать
при
технологическом
картировании
в
процессе
проведения
геологоразведочных работ.
В результате проведенных нами минерально-петрографических и
геохимических исследований, был существенно уточнен минеральный
7
состав горных пород и руд Буруктальского месторождения. Многие уже
известные на месторождении минералы получили современные
названия, отвечающие требованиям Международной минералогичекой
Ассоциации, был установлен целый ряд новых минеральных фаз,
изучена их никеленосность. Гипергенные породы и руды
Буруктальского
месторождения
впервые
получили
свои
петрографические названия (железные охры → кварц-гётитовые, кварцмагнетитовые руды; выщелоченные серпентиниты → лизардитовые
серпентиниты и т.д.). Выделенные таким образом минеральнопетрографические разновидности руд, с учетом их структурнотекстурных особенностей, а также условий залегания и возможности их
четкого пространственного обособления, были объединены нами в
шесть природных типов руд, представленных на рис. 2 и в таблице 1.
Как видно из рисунка 2, руды лизардитового природного типа
локализуются в верхней части нижней серпентинитовой зоны
месторождения, руды нонтронитового типа - в нонтронитовой зоне,
хлоритовые руды развиты как в серпентинитовой, так и в оксидножелезной зоне месторождения, а руды кварц-магнетитового, оксидномарганцевого и кварц-гётитового природных типов – в оксидножелезной зоне месторождения. При этом руды лизардитового,
нонтронитового, кварц-магнетитового и кварц-гётитового природных
типов слагают в коре выветривания, в основном, субгоризонтальные
плащеобразные, линзообразные залежи, а руды хлоритового и оксидномарганцевого типов – преимущественно субвертикальные жильные,
клинообразные и столбообразные рудные тела. Форма рудных тел
отражает тектоническую проработку субстрата месторождения и
соотношение в природных типах руд остаточных и инфильтрационных
минеральных разновидностей руд: остаточные слагают, главным
образом, плащеобразные залежи, а инфильтрационные пронизывают их
в виде частой сети жил и прожилков различной мощности (от долей мм
до 1 м), слагают карманы и гнезда, клинообразные рудные тела вдоль
разрывных нарушений, осложняя морфологию подошвы рудных тел.
Исключение составляют руды хлоритовых метасоматитов, имеющие
остаточное происхождение, но жильную и столбообразную форму
рудных тел, которая унаследована от морфологии первичных для них
приразломных
и
придайковых
метасоматитов
субстрата
месторождения.
Лизардитовый природный тип руд слагает около 25 % руд
месторождения и содержит по нашим данным в среднем 1,2 мас. % NiO
8
и 0,08 мас. % CoO. Руды образуют плащеобразные залежи мощностью
до 55 м, нарушенные вертикальными малоаплитудными
Рис. 2. Вертикальный профиль
Буруктальского месторождения.
1 – серпентинизированные
ультрамафиты (перидотиты и
дуниты);
2 – карбонатизированные
серпентиниты;
3 – лизардитовые руды;
4 – нонтронитовые руды;
5 – кварц-магнетитовые руды;
6 - кварц-гётитовые руды
(структурныен охры);
7 – кварц-гётитовые руды
(бесструктурные охры);
8 – оксидно-марганцевые руды;
9 – дайки;
10 – хлоритовые руды.
Зоны: I – серпентинитовая;
II - нонтронитовая;
III – оксидно-железная.
блоковыми подвижками. Согласно проведенным исследованиям,
главным породообразующим минералом лизардитовых руд является
серпентин (40-90 %), представленный никелевым лизардитом 1Т со
средним содержанием NiO 0,3-0,5 мас.%, реже присутствуют
реликтовые хризотил и антигорит. В числе второстепенных минералов,
постоянно
присутствующих
в
лизардитовых
серпентинитах,
отмечаются сапонит, никелево-железистый клинохлор Ib (2,6 мас.%
NiO), кварц, никелевый гётит (0,5-1,5 мас.% NiO), никелевый
9
клинохлор IIb (2,3-3,2 мас.% NiO), монтмориллонит, а также стевенсит.
Реликтовые минералы представлены хромшпинелидом, никелевым
магнетитом (0,8-1,2 мас.% NiO). В нижних горизонтах серпентинитовой
зоны – в карбонатизированных лизардитовых серпентинитах в составе
кварц-опал-халцедоновых и магнезит-доломитовых прожилков также
присутствует никелевый лизардит 1Т, редко - непуит.
Нонтронитовый природный тип руд составляет 3-5 % руд
месторождения, содержит в среднем 0,97 мас.% NiO и 0,10 мас.% СоО
и слагает маломощные (0,5-1,5 м) линзовидные залежи на границе
оксидно-железной и серпентинитовой зон месторождения. Главные
породообразующие минералы представлены никелевым нонтронитом
(1,9 мас.% NiO), никелевым гётитом (0,9 мас.% NiO), никелевым
клинохлором IIb (2,3 мас.% NiO).
Кварц-магнетитовый природный тип руд «чёрного» горизонта
выделен и описан нами впервые, составляет 10-15 % руд
месторождения при среднем содержании NiO 1,09 мас.%, CoO
0,16 мас.%. Приурочен к нижней части оксидно-железной зоны
месторождения и слагает пластообразные залежи мощностью 3-10 м,
подошва которых осложнена многочисленными карманами и
углублениями, клинообразными рудными телами, проникающими в
толщу лизардитовых серпентинитов и хлорититов на 10-15 м, а в
отдельных карманах - до 150 м. В настоящее время они являются
предметом непосредственной эксплуатации в карьерах месторождения.
Основным и важнейшим минералом этих руд является никелевый
магнетит (40-60%), который по данным электронной микроскопии
содержит 0,9-1,3 мас.% NiO, а также кварц (40-60 %). Второстепенные
минералы – маггемит, никелевый гётит (1,3-1,6 мас.% NiO), никелевый
клинохлор IIb, сепиолит, марганцевые минералы (криптомелан,
тодорокит, пирохроит), гематит, лизардит 1Т, хромшпинелид.
Глинистые
минералы
представлены
сапонитом,
никелевым
монтмориллонитом, каолинитом. Руды «черного» горизонта отличает
мелко-тонкодисперсная структура с размером зёрен 0,05-3 мм, а также
черный или темно-коричневый цвет, который позволяет использовать
рудные тела этого природного типа в качестве маркирующего
горизонта,
разделяющего
образования
оксидно-железной
и
серпентинитовой зон коры выветривания месторождения (рис. 2).
Кварц-гётитовый природный тип руд составляет 30 % руд
месторождения и содержит в среднем 1,11 мас.% NiO и 0,10 мас.%
СоО. Руды этого типа залегают в форме мощной плащеобразной залежи
10
(25-50 м), слагающей большую часть оксидно-железной зоны
месторождения.
Они
представлены
двумя
структурными
разновидностями: в нижней части залежи - структурными охрами,
сохранившими структуру серпентинитового субстрата, а в верхней бесструктурными охрами (рис. 2). Руды обоих разновидностей
тонкодисперсные, размер зёрен около 0,05 мм. Состоят они на 50-70 %
из никелевого гётита и на 30-50 % из кварца с примесью марганцевых
минералов (асболана, псиломелана, тодорокита, пирохроита), а также
никелевого клинохлора IIb, хромшпинелида (0-0,8 мас.% NiO),
никелевого иллита (3,95 мас.% NiO), монтмориллонита, галлуазита.
Никелевый гётит кварц-гётитового типа руд содержит 1,3-4,6 мас.%
NiO при практически полном отсутствии кобальта.
Хлоритовый природный тип руд составляет около 15 % руд
месторождения при среднем содержании NiO 1,31 мас.%, CoO
0,11 мас.%. Слагает столбообразные и жильные рудные тела до 10-15 м
в диаметре, а также контактовые придайковые оторочки, прослеженные
скважинами до глубины 150-200 м. Главный породообразующий
минерал в них – никелевый клинохлор IIb (до 90 %), содержит до
5,7 мас.% NiO. Помимо него в рудах присутствуют и другие хлориты –
никелевый шамозит (0,5-3,6 мас.% NiO), никелевый пеннантит (6,17,1 мас.% NiO; 1,9-2,0 мас.% СоО), нимит, кобальт-никель-марганцевый
клинохлор IIb (1,8-7,5 мас.% NiO, 0,8-6,4 мас.% СоO), а также баумит,
антигорит, магнетит, никелевый гётит, марганцевые минералы
(асболан, бёрнессит, пирохроит, тодорокит) и продукты последующего
разложения хлоритов в коре выветривания – никелевые нонтронит,
иллит, монтмориллонит и каолинит.
Оксидно-марганцевый природный тип руд выделен и описан
нами впервые, составляет 5-10 % руд месторождения при среднем
содержании NiO 1,17 мас.%, CoO 0,22 мас.%. Руды этого природного
типа на месторождении имеют инфильтрационное происхождение и
слагают жильные, гнездовидные, гроздьевидные, реже линзообразные
рудные тела. Внутри этих рудных тел они выполняют систему тонких
прожилков, слагают гнезда и натечные колломорфные образования
неправильной формы, образуют сажистые скопления и пропитывают
основную массу породы, окрашивая ее в черный и иссиня-черный цвет.
Они часто ассоциируют с гётитовыми, хлоритовыми (шамозитпеннантитовыми), кварц-опал-халцедоновыми прожилками, образуя
горные породы сложного состава. По нашим наблюдениям в карьерах
Буруктальского
месторождения
оксидно-марганцевые
руды
11
пространственно тяготеют к «чёрному» горизонту оксидно-железной
зоны, сложенному кварц-магнетитовыми рудами или к участкам
развития хлоритовых руд в серпентинитовой зоне, видимо, как к
участкам с повышенной проницаемостью коры выветривания. Сложены
оксидно-марганцевые руды, в основном, асболаном (8,4-17,8 мас.%
NiO; 0,9-15,0 мас.% СоО), с примесью обширной группы минералов,
таких как бёрнессит, никелевый якобсит (5,1 мас.% NiO; 4,96 мас.%
СоО), никелевый криптомелан (0,9-1,9 мас.% NiO, 0,5-0,6 мас.% СоО),
тодорокит, псиломелан, пирохроит, голландит, баумит, кариопилит,
присутствуют оксиды железа, минералы редких земель (ксенотим) и
другие минералы.
Таким образом, главные рудные минералы выделенных природных
типов руд являются в то же время главными породообразующими
минералами слагающих их горных пород (никелевые лизардит 1Т,
нонтронит, клинохлор IIb, магнетит, гётит, асболан).
Рудные тела рассмотренных природных типов руд, за исключением
рассмотренных хлоритовых и оксидно-марганцевых, образуют
выдержанную вертикальную последовательность, которая при
блоковом строении месторождения позволяет проводить корреляцию
разведочных и эксплуатационных данных по типам руд, проводить
технологическое
картирование
в
процессе
проведения
геологоразведочных работ для рудоподготовки и оптимизации
технологии переработки руд.
2. Выделенные природные типы руд Буруктальского
месторождения отличаются друг от друга не только по
содержаниям основных петрогенных оксидов но и дополнительных
элементов-индикаторов (Ti, Sn, Mo, Sb, Pb, Ba, S, Be, As, U, Ce, Ni,
Cu, Cs, редкоземельные элементы).
Геохимические особенности никелевых руд Буруктальского
месторождения изучены крайне недостаточно. В течение многолетнего
исследования накопился значительный аналитический материал,
характеризующий главные черты петрохимии и геохимии элементов
группы железа месторождения (К.К. Никитин (1962, 1970),
И.И. Эдельштейн (1968), труды института Гипроникель (1965, 1969),
А.С. Вершинин (1996)). Распределение элементов платиновой группы
(ЭПГ) Буруктальского месторождения было проанализировано в
работах В.Г. Лазаренкова и др. (2006) и И.В. Таловиной и др. (2003).
Сведения о содержаниях других групп элементов-примесей в породах и
12
рудах Буруктальского месторождения до настоящего времени
отсутствовали. Для восполнения этого пробела все выделенные нами на
основании минерально-петрографических характеристик природные
типы руд Буруктальского месторождения были изучены на содержание
целого ряда элементов-примесей, перечень которых и уровень
содержания, по нашим данным, представлен в таблице 2.
Таблица 2. Содержание элементов-примесей
Буруктальском месторождении, г/т
№
п/п
1.
Категория
n·104- n·100
2.
n·102- n·101
3.
n·102- n·100
4.
n·101- n·100
5.
n·101- n·10-1
6.
n·100- n·10-1
по
группам*
на
Группа химических элементов
Элементы группы железа (ЭГЖ): Fe, Mn, Ti, V, Sc,
Cr, Ni, Co
Элементы магматических эманаций (ЭМЭ): P, S
Щелочные земли (ЩЗ): Ba, Sr
Редкоземельные элементы (РЗЭ)
Металлические элементы (МЭ): Zn, Cu, Ga
Металлические элементы (МЭ): Pb, Mo, W, Sn, Be
Металлоидные элементы (МД): As, Sb
Элементы с большим радиусом и зарядом (ЭБР):
Zr, Nb, Ta
Редкие щёлочи (РЩ): Rb, Cs
Радиоактивные элементы (РЭ): U, Th
Примечание: * по дополненной классификации А.Н. Заварицкого.
Анализ
содержания
элементов
группы
железа
в
серпентинизированных гарцбургитах и дунитах Буруктальского
массива [Эдельштейн, 1968; Варлаков, 1978] показывает, что оно
практически не отличается от горных пород примитивной мантии по
Х. Венке и В. Мак Донугу, что указывает на их тесное родство.
Поэтому для сравнения содержаний элементов-примесей в природных
типах руд Буруктальского месторождения с породами субстрата, за
неимением данных по дунитам и гарцбургитам Буруктальского
массива, нами использованы составы примитивной мантии по
В. Мак Донугу (1990), Х. Венке и др. (1984). С их учетом были
рассчитаны коэффициенты накопления (Кн) элементов в рудах и
породах Буруктальского месторождения (таблица 3), которые
позволили
выявить
элементы-примеси,
накапливающиеся
в
13
определенных типах руд с максимальными и минимальными
коэффициентами накопления. Из них выделены индикаторные
элементы-примеси для каждого природного типа руд Буруктальского
месторождения (таблица 4).
Таблица 3. Коэффициенты накопления химических элементов в природных
типах руд Буруктальского месторождения
Группа
ПЭ
ЭГЖ
ЭМЭ
МД
РЩ
ЩЗ
ЭБР
РЭ
РЗЭ
Элемент
Al
Ca
Mn
Ti
V
Sc
Cr
Ni
Co
P
S
As
Sb
Rb
Cs
Ba
Sr
Zr
Nb
Ta
U
Th
La
Ce
Pr
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
1
0.51
0.61
0.69
0.19
0.54
0.45
0.96
2.28
1.38
0.79
0.61
30.36
115.38
1.17
0.61
0.38
0.67
0.21
0.10
0.25
1.42
0.14
1.01
0.10
0.95
0.81
0.74
0.42
0.73
0.93
2
1.39
0.43
2.86
0.28
1.35
1.83
2.29
4.50
4.21
1.16
2.04
201.82
1166.67
1.05
0.15
7.42
2.45
0.15
0.10
0.25
19.50
0.14
3.83
0.20
5.82
4.61
7.00
5.31
5.18
7.71
14
3
1.54
0.15
3.07
0.51
1.68
2.25
2.98
4.29
11.07
0.93
6.24
236.36
766.67
1.05
0.08
2.56
1.19
0.15
0.12
0.25
3.92
0.14
14.31
5.42
18.57
14.38
17.04
10.75
12.78
16.00
4
2.58
0.23
3.07
0.86
1.72
2.83
2.05
2.42
7.46
0.64
2.99
140.91
769.23
6.00
0.92
6.58
1.06
0.63
0.24
0.25
29.08
1.90
10.81
10.13
16.00
12.66
19.28
12.44
12.62
15.43
5
4.63
0.10
1.71
3.67
1.21
1.30
0.41
5.04
1.42
1.39
1.21
25.73
51.28
5.04
1.93
12.48
1.07
2.08
0.48
0.45
3.67
4.35
6.85
2.75
6.20
5.21
5.89
3.19
3.85
6.14
6
3.34
0.16
19.64
9.44
0.94
2.26
0.30
2.05
13.66
0.55
0.76
104.55
415.38
1.05
0.55
26.67
3.69
4.30
1.08
0.45
11.92
4.20
46.54
4.61
53.21
44.94
45.32
29.88
34.33
38.14
Продолжение таблицы 3
Группа
РЗЭ
Иттрий
МЭ
Элемент
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Y
Cu
Zn
Pb
Mo
Ga
W
Sn
Be
1
0.59
0.68
0.53
0.74
0.46
0.53
0.50
0.78
0.99
25.56
19.80
0.70
52.78
83.33
4.15
2
6.67
5.83
5.83
5.79
5.42
5.12
3.64
2.09
3.48
126.88
20.80
1.25
140.28
85.74
7.30
3
11.82
9.42
9.87
11.05
9.00
7.91
6.57
1.80
3.75
15.75
14.80
2.02
150.00
89.44
13.65
4
11.33
9.08
9.73
11.84
10.50
10.23
5.45
3.70
3.03
111.25
21.00
2.57
144.44
90.93
7.20
5
4.43
4.08
4.47
6.05
5.38
4.88
3.45
4.58
1.95
23.69
15.60
3.33
31.94
90.37
6.05
6
25.69
22.50
22.03
22.37
17.85
16.05
17.70
2.90
4.68
28.50
27.80
3.70
37.50
108.33
7.20
Примечание: 1 – лизардитовые, 2 – нонтронитовые, 3 – кварцмагнетитовые, 4 – кварц-гётитовые, 5 – хлоритовые, 6 – оксидномарганцевые руды.
Таблица 4. Содержание основных петрогенных (мас. %) и индикаторных
(г/т) элементов в природных типах руд Буруктальского месторождения
Природные
типы руд
Fe2O3
MgO
Al2O3
Оксидномарганцевые
46,72
2,17
7,6
Хлоритовые
38,81
4,68
10,5
Кварцгётитовые
50,80
2,18
5,9
Кварцмагнетитовые
42,7
3,7
3,5
Нонтронитовые
37,74
5,87
3,2
Лизардитовые
19,62
18,61
1,2
15
Главные
элементыиндикаторы
РЗЭ - 378
Sn – 5,85
Mo – 1,39
Ba – 880
Ni - 10890
Cu – 50
Cs – 2,78
Ce – 63,7
U - 3,5
S – 980
As - 26
Be – 2,73
Sb – 4,55
Pb – 20,3
Ti – 102
Общая сумма
элементовпримесей, г/т
35282
17356
16885
24077
21004
8982
В целом, согласно полученным данным о содержаниях и
особенностях накопления химических элементов в природных типах
руд Буруктальского месторождения (таблицы 3 и 4), можно сделать
следующие выводы:
1. Лизардитовый природный тип руд относится к магнезиальному
технологическому типу и характеризуется самым высоким среди всех
выделенных типов руд содержанием MgO 14,99-19,73 мас.%, в среднем
18,61 мас. % и самым низким содержанием Fe2O3 18,46-22,55, в среднем
19,62. Низкими Кн в этом типе руд обладают РЗЭ, особенно Се, Eu, а
также Ti.
2. Нонтронитовый природный тип руд обладает промежуточными
геохимическими характеристиками и может быть выделен по
содержанию петрогенных элементов, мас.%: MgO 2,27-8,73, в среднем
5,87; Fe2O3 33,20-50,61, в среднем 37,74; Al2O3 1,09-4,82, в среднем 3,83.
Высокими Кн в этом типе руд обладают Sb, Pb, U, низкими - Ce.
3. Кварц-магнетитовый природный тип руд относится к
железистому технологическому типу и характеризуется высоким
содержанием Fe2O3 28,85-57,53, в среднем 44,32 мас.%. Высокими Кн в
этом типе руд обладают Cr, As, Be, W, La, а также S и другие элементы.
4. Кварц-гётитовый природный тип руд относится к железистому
технологическому типу и характеризуется самым высоким среди всех
выделенных типов руд содержанием Fe2O3 42,38-68,60, в среднем 50,80
и самым низким содержанием MgO 0-5,66 мас.%, в среднем 2,17 мас.%.
Высокими Кн в этом типе руд обладают U, Сe, Rb, Sc, а также Mn и V.
5. Хлоритовый природный тип руд относится к железистому
технологическому типу (Fe2O3 38,81 мас.%) и характеризуется самым
высоким среди всех выделенных типов руд содержанием Al2O3 10,5
мас.% и NiO 1,18-1,40, в среднем 1,3 мас.%. Высокими Кн в этом типе
руд обладают Cu, Cs, Th, Ti, Ga, а также Zr, Ta.
6. Оксидно-марганцевый природный тип руд относится к
железистому технологическому типу (Fe2O3 46,7 мас.%) и
характеризуется самым высоким среди всех выделенных типов руд
содержанием MnO 1,16-2,5, в среднем 1,68 мас.%, а также СоО 0,160,36, в среднем 0,22 мас.% и редкоземельных элементов (рис. 3).
Высокими Кн в этом типе руд обладают РЗЭ, Sn, Mo, Ba, а также Ti, Zn,
Zr, Sr, Nb.
16
Рис. 3. Коэффициенты накопления РЗЭ в природных типах руд и
карбонатизированных серпентинитах Буруктальского месторождения,
нормированные к примитивной мантии [Mc Donough, 1990].
1-6 – руды: 1 – лизардитовые, 2 - нонтронитовые, 3 - кварц-магнетитовые,
4 – кварц-гётитовые,
5 – хлоритовые,
6 – оксидно-марганцевые;
7 – карбонатизированные серпентиниты.
В настоящее время на никелевых месторождениях Урала при
ведении добычных работ широко используется современная техника
для проведения экспресс-анализа, позволяющая быстро определять
содержания не только петрогенных элементов, но и широкого спектра
элементов-примесей. Выявленные геохимические характеристики
позволяют разделять природные типы руд Буруктальского
месторождения по содержанию главных петрогенных оксидов и
отдельных элементов-индикаторов (РЗЭ, Sn, Mo, Cu, S, Ni, Be, Ba и
др.) и могут быть использованы в целях технологического
картирования природных типов руд на месторождении, их селективной
добычи по результатам опробования, а также в процессе
рудоподготовки.
17
3. Наложение на ультрамафиты контактово-метасоматических
процессов, связанных с гранитными интрузиями, следует считать
важным
фактором
формирования
специфичного
для
Буруктальского месторождения хлоритового типа богатых
никелевых руд.
Во всех изученных природных типах руд и пород Буруктальского
месторождения установлена особая группа элементов, с низкими
абсолютными величинами содержания этих элементов (табл. 5) и,
одновременно, высокими величинами коэффициентов накопления
(табл. 6). Это свинец, вольфрам, молибден, олово, мышьяк и сурьма.
Таблица 5. Содержание Pb, W, Mo, Sn, As, Sb в рудах Буруктальского
месторождения, г/т.
Природный тип руды
Оксидно-марганцевый
Хлоритовый
Кварц-гётитовый
Кварц-магнетитовый
Нонтронитовый
Лизардитовый
Pb
4.56
3.79
17.8
2.52
20.3
4.09
W
0.27
0.23
1.04
1.08
1.01
0.38
Mo
1.39
0.78
1.05
0.74
1.04
0.99
Sn
5.85
4.88
4.91
4.83
4.63
4.5
As
11.5
2.83
15.5
26.0
22.2
3.34
Sb
1.62
0.2
3.0
2.99
4.55
0.45
Таблица 6. Коэффициенты накопления Pb, W, Mo, Sn, As, Sb в рудах
Буруктальского месторождения
Природный тип руды
Оксидно-марганцевый
Хлоритовый
Кварц-гётитовый
Кварц-магнетитовый
Нонтронитовый
Лизардитовый
Pb
29
24
111
16
127
26
W
38
32
144
150
140
53
Mo
28
16
21
15
21
20
Sn
108
90
91
89
86
83
As
105
26
141
236
202
30
Sb
415
51
769
767
1167
115
Присутствие указанной группы элементов связано с воздействием
гранитоидов и даек Колумбайской и Коскольской интрузий на
ультрамафиты Буруктальского массива (рис. 1) в результате инъекции в
дуниты и гарцбургиты сети даек диабазов, андезитов и гранитов. В
процессе флюидно-контактового воздействия из гранитоидов и их
жильных дериватов в ультрамафитовый субстрат привносились
элементы: Pb, W, Mo, Sn, As, Sb (табл. 5, 6). Дайки оказывали
контактово-метасоматическое влияние на ультрамафиты, вследствие
чего вокруг них возникали зональные оторочки хлоритовых, тальковых,
18
тальк-карбонатных,
тремолит-актинолитовых
метасоматитов
и
серпентинитов [И.И. Эдельштейн, 1968]. В результате довольно
однородный
дунит-гарцбургитовый
субстрат
Буруктальского
месторождения претерпел существенную породную перестройку и стал
гетерогенным метасоматит-ультрамафитовым. Эта литологическая
неоднородность и наличие в составе субстрата хлорита, который
обладает повышенной изоморфной и сорбционной ёмкостью по
отношению к никелю [Brindley, Brown, 1980] способствовали
возникновению хлоритовых руд с высоким содержанием никеля (NiO
1,31 мас. %, CoO 0,11 мас. %). Форма рудных тел хлоритовых руд
унаследована от первичных приразломных и придайковых
метасоматитов субстрата месторождения.
Таким образом, процесс воздействия гранитоидов и даек
Колумбайской
и Коскольской
интрузий
на
ультрамафиты
Буруктальского массива Урала отличает историю формирования
Буруктальского месторождения от истории формирования латеритных
месторождений никелевых кор выветривания по ультрабазитам в
рамках океанической коры, где гранитный магматизм отсутствовал.
Заключение
Данная диссертационная работа выполнена на актуальную тему и
является самостоятельной, законченной научно-квалификационной
работой.
Основные результаты работы:
1. Проведенные минерально-петрографические и геохимические
исследования позволили уточнить минеральный состав горных пород и
руд Буруктальского месторождения. На основании этого выделены
природные типы руд Буруктальского месторождения и составлена их
классификация. Она включает несколько главных типов и более 20
минеральных разновидностей. Кварц-магнетитовые руды, хлоритовые и
оксидно-марганцевые руды в качестве самостоятельных типов руд нами
выделены и изучены впервые.
2. Проведенные на Буруктальском месторождении геохимические
исследования затронули широкий круг химических элементов. В
оксидно-железных,
нонтронитовых,
хлоритовых
и
оксидномарганцевых
породах и
рудах
значительное
большинство
проанализированных элементов-примесей накапливается с различными
величинами коэффициентов накопления. Выявленные геохимические
характеристики позволяют разделять природные типы руд
19
Буруктальского месторождения по содержанию главных петрогенных
оксидов и отдельных элементов-индикаторов, что целесообразно
использовать для технологического картирования природных типов руд
на месторождении, их селективной добычи по результатам
опробования, а также в процессе рудоподготовки.
3. Во всех изученных природных типах руд и пород Буруктальского
месторождения установлена особая группа элементов (Pb, W, Mo, Sn,
As, Sb) с низкими абсолютными величинами содержания этих
элементов и, одновременно, высокими величинами коэффициентов
накопления. Присутствие этой группы связано с воздействием
гранитоидов и даек Колумбайской и Коскольской интрузий на
ультрамафиты Буруктальского массива, что привело к образованию
хлоритовых руд месторождения и является важной геологогенетической особенностью Буруктальского месторождения.
По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:
1.
Рыжкова С.О. Никелевые хлориты Буруктальского месторождения,
Южный Урал / С.О. Рыжкова, И.В. Таловина, В.Г. Лазаренков //
Москва. Горный журнал, 2010, № 4, С. 12-15.
2.
Рыжкова С.О. Никеленосные оксиды железа Буруктальского
месторождения, Южный Урал / С.О. Рыжкова, И.В.Таловина,
В.Г. Лазаренков, В.Л. Уголков, Н.И. Воронцова // СПГГИ (ТУ).
Записки Горного института, Т. 183, 2009, С. 101-111.
3.
Воронцова Н.И. Перспективы никелевой промышленности Урала в
свете изучения структур рудных полей гипергенных никелевых
месторождений / Н.И. Воронцова, И.В. Таловина, В.Г. Лазаренков,
С.О. Рыжкова, О.П. Мезенцева // СПГГИ (ТУ). Записки Горного
института, Т. 183, 2009, С. 78-87.
4.
Рыжкова С.О. Типы метасоматитов Буруктальского месторождения
гипергенных никелевых руд, Южный Урал // СПГГИ (ТУ). Записки
Горного института, Т. 181, 2009. С. 25-27.
5.
Таловина И.В. Гарниерит никелевых месторождений Урала /
И.В. Таловина,
В.Г. Лазаренков,
С.О. Рыжкова,
В.Л. Уголков,
Н.И. Воронцова// Москва. Литология и полезные ископаемые, 2008,
№ 6, С.1-8.
6.
Таловина И.В.
Перспективы
ресурсной
базы
никелевой
промышленности
Урала
/
И.В. Таловина,
В.Г. Лазаренков,
С.О. Рыжкова, В.Л. Уголков, Н.И. Воронцова// Москва. Горный
журнал, 2008, № 11, С.23-28.
20